Potenzmittel für Zellen - Max-Planck

_Stammzellen
Potenzmittel für Zellen
Keine spezialisierte Zelle, so lautete ein Dogma der Biologie, könne etwas anderes werden, als
sie ist. Doch inzwischen ist es Forschern um Hans Schöler am Max-Planck-Institut für molekulare
Biomedizin in Münster gelungen, mit einem einzigen Faktor aus adulten Stammzellen des Gehirns
jene Alleskönner zu züchten, auf denen die Hoffnungen der regenerativen Medizin ruhen.
TEXT
&
#
!
!
#
"
$ %
#
#
56
MaxPlanckForschung 3 | 09
Foto: MPI für molekulare Biomedizin – Kinarm Ko
D
ie Revolution im Reagenzglas scheint nicht gerade
spektakulär – rein optisch
durchs Mikroskop betrachtet. Doch im Inneren der als
kleine Punkte erkennbaren Zellen hat
sich in den vergangenen Tagen im Labor des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin Außergewöhnliches
ereignet. Noch vor zwei Wochen waren
es Hautzellen eines Menschen mit Parkinson – ausdifferenzierte Körperzellen,
die den krank machenden Gen-Defekt
tragen und die Ärzte der Technischen
Universität Dresden dem Patienten entnommen hatten. Dann wurden sie zu
den Wissenschaftlern um Hans Schöler
nach Münster gebracht. Diese boten
den Zellen eine Mixtur von Nährstoffen und Wachstumsfaktoren – und infizierten sie zudem mit Viruspartikeln,
die mit vier Genen beladen waren, welche die kryptischen Kürzel Oct4, Sox2,
c-Myc und Klf4 tragen.
Vier Gene, die aus einigen der Hautzellen in etwa einem Monat „humane
induzierte pluripotente Stammzellen“
gemacht haben – sozusagen embryonale Stammzellen ohne Embryonen. Jene
Zellen, aus denen sich alle etwa 200
Zelltypen des menschlichen Organismus erzeugen lassen – Zellen der Haut,
der Knochen, der Nieren, des Magens.
Mehr noch: Zellen, mit denen man,
so die Hoffnung, auch die Entstehung
der Parkinson-Krankheit nachzeichnen
kann, um einfacher und effektiver als
bisher Medikamente dagegen zu entwickeln. In diesem neuesten Zweig der
Forschung mit den induzierten pluripotenten Stammzellen, kurz iPS-Zellen
oder im Laborjargon lapidar „Ipse“ genannt, „zählen wir sicher zu den weltweit führenden Forschungsgruppen“,
sagt Hans Schöler. Nur wenigen Teams
ist die Reprogrammierung „erkrankter“
menschlicher Zellen bislang gelungen;
in diesen Fällen, bei zwei seltenen
Hirn- und Muskelerkrankungen, glückte bereits die Differenzierung zu krankheitsspezifischen Nervenzellen.
FRISCHE ZELLEN
FÜR KRANKES GEWEBE
Bislang schwebt Visionären vor, Patienten mit Herzinfarkt, Diabetes, Parkinson oder vielen anderen Erkrankungen
Zellen zu entnehmen, sie zu iPS-Zellen
umzuprogrammieren, die iPS-Zellen
wiederum in die gewünschten Zelltypen
umzuwandeln und das kranke oder verletzte Gewebe durch die frischen und vitalen Zellen zu ersetzen. Das wäre die
ideale Lösung, die rein technisch gesehen zumindest langfristig nicht mehr
utopisch erscheint und zudem ein Kernproblem der regenerativen Medizin beheben würde: Die Zellen stammen vom
Patienten selbst und werden nicht vom
Immunsystem des Empfängers abgestoßen. Der Haken: Eine derart individuelle Form der regenerativen Medizin
wäre aus heutiger Sicht mit immensem
Aufwand verbunden – und nur mit Automatisierung vorstellbar.
Noch 2005 hätte Hans Schöler keinen Cent darauf verwettet, dass es bereits ein Jahr später gelingen würde, das
Unmögliche möglich zu machen: die
Hautzelle einer Maus nur durch gentechnische Manipulationen in eine pluripotente Stammzelle zu verwandeln.
Und damit die biologische Uhr quasi
zurückzudrehen. Keine spezialisierte
Zelle, so lautete ein Dogma aus 100 Jahren moderner Biologie, könne je wieder
etwas anderes werden, als sie ist. Hat sie
sich erst einmal ausdifferenziert, legt sie
in ihrem genetischen Programm alle
Gene still, die sie ungezügelt teilen lassen. Gleichzeitig schaltet sie jene Gene
an, die eine Hautzelle zu einer Hautzelle machen.
Grundsätzlich stellen Zellen nach
Anweisung der Gene Proteine und andere Moleküle her, die sie brauchen.
Beim Menschen ist in jeder Zelle nur
ein Teil der etwa 25 000 Gene angeschaltet. Die Aktivität ihrer Gene steuern Zellen über komplizierte Signalwege, an denen etliche Proteine beteiligt
sind. Vor allem braucht es sogenannte
Transkriptionsfaktoren – das sind meist
Proteine, die Gene an- oder ausschal-
3 | 09 MaxPlanckForschung
57
_Stammzellen
»
58
MaxPlanckForschung 3 | 09
wachsener Mäuse adulte Stammzellen,
die sich zu verschiedenen Zelltypen
des zentralen Nervensystems entwickeln. In diesen sind die Sox2- und cMyc-Gene bereits angeschaltet. Rasch
zeigten die beiden Zellbiologen, dass
bereits ein Viren-Cocktail mit Oct4
und Klf4 diese Zellen zu iPS-Zellen umprogrammiert.
WANDLUNG ERFORDERT GEDULD
Nur einige Monate später kam dann
der nächste Coup aus dem Stammzelllabor in Münster: Oct4 allein genügt,
um aus adulten Stammzellen des Mäusehirns iPS-Zellen zu züchten – sofern
man sich in Geduld übt. Verfrachtet
man nur zwei Reprogrammier-Gene in
die Zellen, so dauert die Wandlung
mindestens zwei Wochen. Setzt man
allein auf Oct4 für den Neustart, verstreichen drei bis vier Wochen, bis die
Forscher pluripotente Zellen ernten
können. Und inzwischen ist es den
Münsteranern sogar gelungen, diese Ergebnisse auf Stammzellen des menschlichen Gehirns zu übertragen.
Damit kristallisiert sich heraus,
„dass Oct4 wie ein Kapitän die Umprogrammierung von Zellen zu bestimmen scheint“, erklärt Hans Schöler.
„Die anderen Gene, wie Sox2, c-Myc
oder Klf4, sind die Matrosen.“ Dass
Oct4 eine dermaßen zentrale Rolle für
die Pluripotenz spielt, hat Schöler bislang nur vermuten können – obwohl
er sich seit gut zwei Jahrzehnten mit
diesem Molekül und seinen Funktionen beschäftigt.
Genau genommen hat der Biologe
Ende der 1980er-Jahre als Erster Oct4
und verwandte Moleküle in den Eizellen von Mäusen entdeckt – seinerzeit
am Göttinger Max-Planck-Institut für
biophysikalische Chemie. In der Folgezeit stellt sich heraus, dass Oct4 in allen Zellen aktiv ist, „die das Leben von
MPI für molekulare Biomedizin - Jeong Beom Kim
Der Forscher Jeong Beom Kim (links) beobachtet unter dem Mikroskop einen Mausembryo im
Keimbläschenstadium (rechts), das sich etwa fünf bis sechs Tage nach Befruchtung der Eizelle bildet.
In Grün werden die Zell-Zellkontakte der äußeren Zellschicht dargestellt, in Rot die Zellkerne.
Fotos: MPI für molekulare Biomedizin – Dirk Hans (links);
Mit den Genen einiger Transkriptionsfaktoren hat Shinya Yamanaka von der
Universität Kyoto im Jahre 2006 experimentiert. Wenn Hans Schöler von der
Pioniertat und der Beharrlichkeit seines
japanischen Kollegen erzählt, hört man
aus jedem Wort Respekt – ungeachtet
der immensen Konkurrenz im Feld der
internationalen Stammzellforschung.
„Das Programm der Körperzellen schien
so festgelegt“, erzählt der Max-PlanckWissenschaftler, „dass die meisten Forscher dachten, das kann sowieso nicht
funktionieren.“ Doch der unbeirrbare
Yamanaka lieferte die Initialzündung
für all das, was seitdem „in atemberaubendem Tempo“ in den Stammzelllabors weltweit folgen sollte.
Der Japaner schleuste mithilfe von
Viren, die als Gen-Fähren dienten, zunächst 24 Gene von Transkriptionsfaktoren in allen denkbaren Kombinationen in die Hautzellen ein. „Schon dass
man ein solches Experiment mit 24 Ge-
Zellteilungen bildet. Die pluripotenten
Stammzellen versorgen den größer
und komplexer werdenden Embryo
mit allen Zelltypen, die er braucht: damit Muskeln wachsen, innere Organe,
das Gehirn, Arme oder Beine.
Seinerzeit war es eine große Kunst,
die extrem empfindlichen embryonalen Stammellen – so heißen die pluripotenten Stammzellen, nachdem sie
dem Embryo entnommen wurden – im
Labor so zu vermehren, dass sie unspezialisiert und genetisch intakt bleiben.
Heute gibt es mehr als 500 menschliche embryonale Stammzelllinien –
Tendenz steigend. Allerdings werfen
die zellulären Alleskönner auch ethische Fragen auf. Schließlich geht der
Embryo bei ihrer Entnahme zugrunde.
Nicht nur deshalb konzentrierten sich
vor allem deutsche Wissenschaftler zu
Beginn dieses Jahrzehnts auf adulte
Stammzellen, die sich aus verschiedenen Quellen des ausgewachsenen Körpers gewinnen lassen. Doch sie sind
nicht pluripotent und können sich
deshalb nur zu wenigen bestimmten
Zelltypen ausdifferenzieren.
So kam Yamanakas Kunststück gerade recht. Seine iPS-Zellen sind nicht
nur pluripotent; sie haben auch die
Foto: Dpa- Picture Alliance (links); MPI für molekulare Biomedizin - Sarah Eick
INITIALZÜNDUNG AUS JAPAN
nen erfolgreich durchführen kann, hätte ich für sehr unwahrscheinlich gehalten“, sagt Schöler.
In einer ganzen Serie von Folge-Experimenten reduzierte Yamanaka die
Zahl der eingeschleusten Gene auf letztlich vier: das Quartett Oct4, Sox2, c-Myc
und Klf4, das in den Hautzellen normalerweise abgeschaltet ist. Und erntete
am Schluss pluripotente Stammzellen.
Zwar ist das Verfahren nicht gerade
effizient – nur jede tausendste bis zehntausendste Hautzelle wird reprogrammiert –, aber es funktioniert! Mit den
sich unbegrenzt selbsterneuernden
iPS-Zellen beginnt ein neues Kapitel in
der Stammzellforschung, das immer
schneller fortgeschrieben wird.
Schon 1998 hatte der US-Amerikaner James Thomson embryonale
Stammzellen (ES-Zellen) des Menschen
im Labor gezüchtet und damit den ersten Meilenstein gesetzt. Normalerweise wachsen pluripotente Stammzellen
nur in einem sehr frühen Stadium der
Embryonalentwicklung: Sie sammeln
sich im Inneren der Blastozyste, einem
kugelförmigen Gebilde aus 150 bis 200
Zellen, das sich eine knappe Woche
nach der Befruchtung einer Eizelle und
den darauffolgenden ersten etwa acht
Die anderen Gene sind die Matrosen.
Stammzelldiskussion entschärft, weil
sie ohne Embryonen gewonnen werden können. Ein großes Problem allerdings blieb: Spritzt man sie Mäusen, so
erkranken viele der Tiere an Tumoren.
Die Gründe sind nachvollziehbar: Zum
einen klinken sich die Viren mit den
vier eingebauten Genen Oct4, Sox2,
c-Myc und Klf4 wahllos in das Erbgut
der Mäuse ein. Dadurch können beispielsweise Krebsgene aktiviert oder
Anti-Krebsgene zerstört werden. Zum
anderen fördert beispielsweise das eingeschleuste c-Myc-Gen in erhöhter Dosis Tumore. „Für eine therapeutische
Anwendung am Menschen kommt das
Yamanaka-Verfahren daher nicht in
Frage“, erklärt Hans Schöler.
Emsig fahndeten die Max-PlanckForscher mithin nach Zellen, in denen
das eine oder andere der vier Reprogrammier-Gene natürlicherweise aktiv
ist. Tatsächlich fanden Jeong Beom
Kim und Holm Zaehres im Gehirn er-
Pioniere der Stammzellforschung: Shinya Yamanaka von der Universität Kyoto (links) gelang es erstmals, Hautzellen der
Maus in Zellen zu verwandeln, die embryonalen Stammzellen sehr ähnlich sind. Hans Schöler vom Max-Planck-Institut für molekulare
Biomedizin (rechts) kam mit einem Faktor (Oct4) aus, um aus Mäusehirn-Zellen diese pluripotenten Alleskönner zu züchten.
ten. Aber auch die Transkriptionsfaktoren werden von Genen kodiert und
ihrerseits von einem komplexen Informationsnetzwerk gesteuert.
Oct4 scheint wie ein Kapitän die Umprogammierung von Zellen zu bestimmen.
3 | 09 MaxPlanckForschung
59
_Stammzellen
einer Generation in die nächste tragen
und damit quasi unsterblich sind“, wie
Schöler sagt. Oct4 ist für den 56-Jährigen auch ein Schlüssel, um die Biologie der Reprogrammierung en detail zu
begreifen. „Der Kapitän muss immer
an Bord sein“, sagt Schöler, „die Matrosen kann man austauschen.“ Offenbar regulieren sich Oct4, Sox2 und die
anderen beteiligten Gene beziehungsweise Proteine gegenseitig. Wie genau,
das bleibt einstweilen ein Geheimnis.
VERZICHT AUF VIREN-FÄHREN
Ungeachtet dessen wird die Reprogrammierungs-Technik in rasantem
Tempo praxisfreundlicher. Im Frühjahr
2009 berichteten kalifornische Wissenschaftler zusammen mit dem MaxPlanck-Team, dass sie Zellen ohne
Viren und deren genetische Reprogrammierungs-Fracht in iPS-Zellen umgemünzt haben. Stattdessen schleusten
die Wissenschaftler die entsprechenden Proteine direkt in die Hautzellen
von Mäusen ein. Das ist nicht trivial,
denn zumindest im molekularen Maßstab sind Proteine extrem groß. Doch
ein Trick half: Die Wissenschaftler koppelten eine kleine Kette der Aminosäure Arginin an die zuvor eigens in Bak-
60
MaxPlanckForschung 3 | 09
terien hergestellten Proteine an. Dieses
molekulare „Ticket“ erleichtert deren
Eintritt in die Zellen.
Insgesamt viermal versetzten die
Stammzell-Experten die Hautzellen mit
dem Cocktail aus Oct4-, Klf4-, Sox2und c-Myc-Proteinen. Ohne die Dauerbehandlung wären die Zellen immer
wieder in ihren alten Zustand zurückgefallen. Dazu gaben die Forscher ein sogenanntes small molecule – eine kleine
chemische Substanz, die den Proteinen
dabei hilft, ihre Funktion zu erfüllen.
Nach mehr als einem Monat entdeckten die Forscher dann in manchen Zellen sichere Zeichen der Reprogrammierung. Erstmals war damit bewiesen:
Man kann auf den gefahrvollen Einsatz
der Viren-Fähren verzichten. Die Zugabe der Proteine dagegen birgt nach heutigen Kenntnissen kein Risiko – auch
weil die Proteine im Inneren der Zelle
recht schnell abgebaut werden. „Pipse“
haben die Forscher ihre neuen Kreationen getauft: Protein-induzierte pluripotente Stammzellen (piPS-Zellen).
Selbst wenn noch große Proteinmoleküle nötig sind, so scheint damit vor
dem Hintergrund einer therapeutischen Anwendung am Menschen eines
der Kernprobleme der Zellreprogrammierung gelöst (tatsächlich haben ko-
2
reanische Forscher die Methode bereits
für menschliche Zellen beschrieben).
„Wir haben jetzt den Fuß in der Tür,
aber die Methode muss noch wesentlich effizienter werden“, betont Hans
Schöler. „Ich warte nur darauf, dass jemand die Reprogrammierung allein
mit small molecules schafft.“ Also allein
mit Substanzen, die leicht in Zellen
einzuschleusen sind und die die wichtigsten Reprogrammierungsgene anschalten und somit den pluripotenten
Zustand sichern.
„Es würde mich nicht wundern,
wenn das bald passiert“, sagt der MaxPlanck-Direktor. Anders als beim Einschleusen von Genen lässt sich die
Dauer und Stärke der Wirkung kleiner
Moleküle viel genauer steuern: Sobald
die Zellen erst einmal reprogrammiert
sind, kann in ihnen das normale Entwicklungsprogramm ablaufen. Eingeschleuste Viren dagegen bleiben für
immer im Erbgut – mit den entsprechenden Risiken.
Derweil hat Schöler schon zum
nächsten Paukenschlag ausgeholt: Zellen, die sich fast von selbst in pluripotente Stammzellen verwandeln, isoliert
aus den Hoden, einem Organ mit höchst
erstaunlichen Eigenarten. Noch im hohen Alter produzieren die Hoden funk-
3
Foto: MPI für molekulare Biomedizin (3), Katharina Psathaki (links), Holm Zaehres (Mitte), Jeong Beom Kim (rechts)
1
tionstüchtige Spermien. Nicht nur deshalb vermuteten Wissenschaftler, dass
sie dort ideales Ausgangsmaterial für eine Reprogrammierung finden könnten.
Zuvor waren bereits unterschiedliche Gruppen auf Zellen im Hoden gestoßen, die sie zu Verwandlungsprozes-
1
Die Forschung mit iPS-Zellen entwickelt sich im rasanten
Tempo: Nach und nach werden embryonale Stammzellen –
hier von der Maus – durch induzierte pluripotente
Stammzellen abgelöst, die aus ausdifferenzierten Zellen
gewonnen werden.
2
Um sogenannte adulte Zellen in pluripotente Alleskönner
umzuprogrammieren, benötigten die Forscher zunächst
vier Faktoren (Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc). Diese Stammzellen
sind auf diese Weise aus Bindegewebszellen der Maus
entstanden.
3
Da diese Faktoren Krebs auslösen können, wenn sie in Zellen
eingeschleust werden, ist es das Ziel der Forscher, möglichst
ganz ohne diese Faktoren auszukommen. Dabei gehen die
Wissenschaftler auf Nummer sicher: Diese Kolonie
menschlicher induzierter pluripotenter Stammzellen wurde
bereits nur durch das Einschleusen von Oct4 gezüchtet.
sen animierten. So glückte es Tübinger
Wissenschaftlern, aus menschlichem
Hodengewebe wandlungsfähige Zellen
zu isolieren. Allerdings ist bis heute
nicht zweifelsfrei geklärt, ob die daraus
reprogrammierten Zellen wirklich pluripotent sind.
SIND SIE WIRKLICH PLURIPOTENT?
Immer wieder berichten Forscher davon, dass sie Körperzellen oder adulte Stammzellen zu pluripotenten Stammzellen
(„iPS-Zellen“) umprogrammiert haben. Mitunter aber fehlt
der zweifelsfreie Nachweis der Pluripotenz – selbst wenn die
entsprechenden Resultate in hochrangigen wissenschaftlichen Journalen veröffentlicht wurden. Ein seriöser Nachweis
von Pluripotenz fußt auf verschiedenen Tests:
• Nachweis von Marker-Genen: In iPS-Zellen sind Gene wie
Oct4 angeschaltet, die in ausdifferenzierten Körperzellen
verstummt sind.
• Nachweis der Teratom-Bildung: Injiziert man pluripotente iPS-Zellen unter die Haut von Mäusen, entsteht eine
besondere Tumor-Form, das sogenannte Teratom. Diese
Geschwulst enthält verschiedene Typen von Körperzellen
und ähnelt embryonalen Tumoren mit Bildung der drei
„Keimblätter“, aus denen sich verschiedene Gewebearten
entwickeln.
Die Max-Planck-Forscher haben nun
im Hoden von Mäusen KeimbahnStammzellen aufgespürt, die extrem selten sind: Nur zwei bis drei von 10 000
Zellen aus dem Hoden zählen zu diesem Typus. „Wir wussten, dass in diesen Keimbahn-Zellen Oct4 in geringem
• Nachweis der Zelldifferenzierung: Aus iPS-Zellen lassen sich
in der Kulturschale im Prinzip alle Zelltypen des Körpers herstellen. Auch hier ist es unabdingbar, Zellen der drei Keimblätter zu züchten und funktionell nachzuweisen.
• Nachweis der Chimären-Bildung: Man spritzt die iPS-Zellen in Maus-Embryonen und beweist, dass sie im heranwachsenden Organismus enthalten sind. Üblicherweise
werden die iPS-Zellen mit einem Fluoreszenz-Gen markiert,
das sie unter einem Mikroskop als leuchtendes Gewebe
sichtbar macht. Der Nachweis von iPS-Zellen, die zu Zellen
der Keimbahn herangereift sind, gilt hierbei als besonders
wichtig, weil er beweist, dass die Zellen ihre Erbinformation in die nächste Generation tragen könnten.
Den ultimativen Nachweis der grundsätzlichen Pluripotenz
von iPS- Zellen haben übrigens im Sommer 2009 chinesische
Forscher mit einer besonderen Variante der Chimären-Bildung erbracht: Sie erzeugten aus reprogrammierten Körperzellen lebensfähige Mäuse, die zu fast 100 Prozent von den
iPS-Zellen abstammen.
3 | 09 MaxPlanckForschung
61
_Stammzellen
»
Wir haben jetzt verschiedene Systeme, um Pluripotenz herzustellen,
und sie werden immer besser.
Maße angeschaltet ist“, sagt Schöler,
„weil es auch für die Bildung von Spermien wichtig ist.“ Sprich: Der Kapitän
für die Pluripotenz ist eigentlich da,
aber noch nicht ganz wach, um seine
Matrosen ebenfalls zu aktivieren.
Geweckt haben die Wissenschaftler
Oct4 mit speziellen Kultivierungsbedingungen. Als sie die Zellen aus dem
Hoden kultivierten, fiel ihnen eines
auf: Immer wenn ein bestimmter Abstand benachbarte Keimbahn-Stammzellen trennte, programmierten sie sich
binnen zwei Wochen in pluripotente
Stammzellen um – ohne das Einbringen
von Proteinen, fremden Genen oder
small molecules.
„Wir haben jetzt verschiedene Systeme, um Pluripotenz herzustellen“, resümiert Schöler, „und sie werden immer besser.“ Hinzu kommt, dass
Forscher im menschlichen Körper immer neue Quellen von adulten Stammzellen finden, die sich wahrscheinlich
hervorragend reprogrammieren lassen
und die leicht erreichbar sind. So wurden vor Kurzem adulte neurale Stammzellen im Gaumen gefunden. Die
Riechschleimhaut der Nase wäre eine
weitere optimale Quelle dafür. Das alles sind prächtige Aussichten, um eines
Tages die Vision der ethisch unbedenklichen und medizinisch risikoarmen
wie wirkungsvollen regenerativen Medizin zu verwirklichen.
Zunächst aber will Schöler die Resultate klinischer Studien abwarten, die
Mediziner mit „klassischen“ embryonalen Stammzellen erzielen. Die erste Studie dieser Art soll demnächst in den
USA starten – mit querschnittsgelähmten Patienten. In der geplanten, aber
noch nicht von der US-Zulassungsbehörde FDA freigegebenen Pilotstudie
soll es vor allem darum gehen, Sicherheitsrisiken einer Therapie mit aus humanen ES-Zellen abgeleiteten Nervenzellen zu klären. „Nach den Vorarbeiten
62
MaxPlanckForschung 3 | 09
an Tieren ist es unwahrscheinlich, dass
sich Tumore bilden“, glaubt Schöler
und hofft auf eine erfolgreiche Studie.
Bei querschnittsgelähmten Tieren sind
die injizierten neuronalen Abkömmlinge von ES-Zellen an den verletzten Stellen im Rückenmark weiter ausgereift
und haben gesundes Gewebe gebildet.
NABELSCHNURBLUT HILFT
DEN FORSCHERN
Entsprechende Untersuchungen mit
Abkömmlingen von humanen ES-Zellen an Patienten könnten den Wissenschaftlern helfen, eines Tages ähnliche
Studien mit iPS-Zellen optimal zu gestalten. Idealerweise würden dabei dem
kranken Menschen Zellen entnommen, die im Reagenzglas in iPS-Zellen
verwandelt und dann in gesunde Körperzellen nach Wahl ausdifferenziert
würden – etwa Herzmuskelzellen für
Infarktpatienten oder Nervenzellen für
Parkinson-Patienten.
Doch wegen dieses vermutlich
kaum zu leistenden Aufwands arbeitet
Hans Schöler mit der NabelschnurblutBank in Düsseldorf zusammen. Dort
lagern Tausende Proben mit Blut aus
Nabelschnüren. Die Vorzüge: Zum einen enthält Nabelschnurblut spezielle
Stammzellen (umbilical cord derived
stem cells). Darüber hinaus ließe sich
über eine Art immunologisches Profil
abgleichen, welche Proben aus der Nabelschnurblut-Bank besonders gut zu
einem potenziellen Empfänger passen
würden. Und außerdem ist die in den
Zellen enthaltene Erbsubstanz jung,
also mit wenigen Schäden behaftet.
Alles ideale Voraussetzungen, um
Proben zu nehmen, die die immunologische Bandbreite der Bevölkerung
weitgehend abdecken, und die darin
enthaltenen adulten Stammzellen umzuprogrammieren. Aus den iPS-Zellen
würden die Forscher dann Vorläuferzel-
len für spezialisierte Zellen herstellen –
von der Haut- bis zur Herzmuskelzelle –,
die sich Patienten mit entsprechenden
Erkrankungen einpflanzen ließen. „Das
würde sich alles in einem übersichtlichen Rahmen bewegen“, vermutet
Schöler, „mit vielleicht 10000 Proben
für die gesamte deutsche Bevölkerung.“
Ein derartiges System wäre finanzierbar,
praktikabel und effizient.
Doch bis es so weit ist, gehen noch
viele Jahre ins Land. Zumindest die
ersten Schritte des langen Weges sind
die Max-Planck-Forscher bereits gegangen: Sie haben Stammzellen aus
menschlichem Nabelschnurblut zu
iPS-Zellen reprogrammiert – noch mit
der Yamanaka-Methode. Jetzt soll das
Gleiche mit dem Protein-Verfahren gelingen. „Daran“, sagt Schöler, „arbeiten
wir mit Hochdruck.“
= + 0* # ; ! . !
$ !
0-+ , !
*
+ 0-*
( + "
%! *
!
*
#
% . . ! * . $ " /. )
! % /-5# ! * & 0* # ! -
% . . ! * . $ " /( % $ ! -. /1! -6 ff! * /( % $ 0* # ! *
0*
. ! 0! . /! 0.
/0-2 % . . ! * . $ " /
/$ ! ) /% ' * # ! * % ! 0-2 % . . ! * . $ " / 0*
* " + -) /% '
! $ * + (+ # ?
% ! * , -/* ! - ! .
% . . ! * . $ " /. & $ -! .
0- % )
+
% ! -) ( % )
$ - ! 2 . 0.
+ -. $ 0* # 0*
! $ * %'
! - * . / ( /0* # ! *
+ -/-5/. /0 % ! * 0*
! -0" . , -+ 7 ( !
+
GLOSSAR
Induzierte pluripotente Stammzellen
(iPS-Zellen)
Stammzellen, die aus Körperzellen gewonnen wurden und sich in ebenso viele
verschiedene Körperzellen differenzieren
können wie embryonale Stammzellen.
- $ ! -
!
$
Ausdifferenzierte Zelle
Zelle, die auf eine Aufgabe im Körper
spezialisiert ist.
. ! % * 4% # ! ! 0-+ , 5% . $ !
4% * ) % / ! # 0/ $ /! /! *
$ 2 0 $ . " + -. $ ! -
Ausgabe Nr. 82 // 24. Jahrgang // 2009
"
!
! . /! ( ( 0* # 0* /! -
!
! . ! , -+
#
$
#
Themen:
+ * + * * ! * ( 0) ! * 40)
+ ( ? ! /$ ? ( ! *
. $ ! * + $ * !
; ! 0!
: ( ! % * ! 9! ( " ! - % ) # -+ D! * : ) , " # ! # ! * : -! .
/! #
-? , /
! . . ! -! ! ! * . ! % * # 0* # ! * " E- $ ) ! //! -( % * # !
Außerdem im Heft: 8-E* ! > 0' 0* " / A * '
% ' -+ ( # ! *
< ) 2 ! ( / ) , 0. B % -' ! * " ! ( @ /0 % ! * " E$ -! - % + /! $ * + ( + # % ! 0*
.
#
4% *
+
! -
!
* " + - ! -* 0* /! -
3
" E-
< ) 2 ! ( //! $ * % ' 0*
1% ! ( ! . ) ! $ -C
Adulte Stammzellen
Stammzellen, die auch in zahlreichen
Geweben Erwachsener vorhanden sind.
Sie sind nicht pluripotent, lassen sich
aber teilweise in iPS-Zellen verwandeln.
Nabelschnurblut-Stammzellen
Die Blutbildung wandert am Ende der
Schwangerschaft von der Leber und Milz
ins Knochenmark, und zwar durch das
Blut des Kindes. Daher finden sich bei
der Geburt auch im Nabelschnurblut
besonders vermehrungsfähige Stammzellen, die sich auch in besonders viele
Körperzellen differenzieren können.
$
%..! * .
"/
$
!
%..! * .
% ! 0* #
!% & 0* # !
$ -!
(.
!
/
(
5
% $ /
+ *
* * 0*
! % /- # 1
!
*
!
*
$
!
2+ ( (
$ " /( %
$ ! * )
..! * .
%
2
*
ff! * /( %
!
6
!
1
! %# ! *
* 0*
, # !
* ( ..!
- 9+ ) !
!
! 2 ! -/ !
!
.
*
0
% $ 0"
) ! ( !
! - ! *
" /( ! - 2
! %* ! *
% . / 0*
/ ! -*
80/ $
* *
/
6 $ /! .